一种酶和蛋白质共同整理DNA在细胞分裂

威斯康星-麦迪逊大学的研究人员描述了一种酶和蛋白质相互作用的方式来维持保护帽,叫做端粒,年底的染色体,一个新的洞察人类细胞如何保存其DNA的完整性通过多次细胞分裂。

DNA复制是至关重要的,我们知道它的生命,但许多过程的复杂性,有无数的生物分子得到他们需要去的地方和互动/一系列精心策划的步骤,保持神秘。

“背后的机制如何这种酶,称为Polα-primase,几十年来一直在难以捉摸的作品,”说Ci霁Lim助理教授生物化学和首席研究员新研究DNA复制最近发表在自然。“我们的研究提供了一个重大突破在理解DNA合成的染色体,并生成新的假设如何Polα-primase - DNA复制机的中心齿轮运转。”

细胞每分裂一次,端粒末端的长的DNA分子,组成一个染色体略有缩短。染色体端粒保护像一个肩带保护鞋带的结束。最终,端粒短,重要的一条染色体上的基因代码暴露和细胞无法正常运转,进入僵尸状态。的一部分细胞的日常维护包括防止过度使用Polα-primase缩短通过补充这个DNA。

端粒的建筑工地,Polα-primase首先构建一个短核酸底漆(RNA),然后扩展了此引物与DNA(当时称为RNA DNA引物)。科学家认为Polα-primase需要改变其形状时切换RNA / DNA分子的合成。Lim的实验室发现Polα-primase使rna dna引物在端粒的帮助下使用刚性支架的另一个齿轮端粒复制机,从犯叫做春秋国旅的蛋白质。春秋国旅就像一个走走停停的迹象,停止其他酶的活性,使Polα-primase建筑工地。

“在这项研究之前,我们必须想象Polα-primase作品完成染色体末端的端粒复制,”林说。“现在,我们有高分辨率结构Polα-primase绑定到一个名为春秋国旅的附属蛋白复合物。后我们发现,春秋国旅与模板结合端粒DNA链,它促进Polα-primase的行动。在这一过程中,春秋国旅为Polα-primase合成RNA和DNA使用一个统一的架构平台。”

研究人员也有一窥Polα-primase如何启动DNA合成其他染色体的长度。其他科学家也发现CST-pol-α-primase复杂在网站正在修复DNA损伤和DNA复制已经停滞。

“因为Polα-primase扮演着中央和非常重要的作用在端粒DNA复制和其他地方以及染色体——它是唯一的酶,使引物对DNA复制DNA模板从头开始——我们CST-Polα-primase结构提供了新的见解如何Polα-primase也可以做它的工作在基因组DNA复制,”林说。“这是一个非常优雅的解决方案,自然已经完成这个复杂的过程。”

“我们的研究结果揭示前所未有的春秋国旅在促进这种Polα-primase活动中所扮演的角色,”第一作者解释道Qixiang他研究生在威斯康辛大学麦迪逊分校生物物理学研究生项目。“这将是有趣的,看看附件因素在染色体DNA复制其他地方设立Polα-primase春秋国旅为端粒一样。”

研究人员建立了结构模型CST-Polα-primase使用先进的成像技术称为低温电子显微镜单粒子分析。在低温电子显微镜,快速冷冻样品悬浮在冰的薄膜,然后用透射电子显微镜成像,得到高分辨率、3 d模型的生物分子如酶在DNA复制工作。

林的团队利用低温电子显微镜单粒子分析首先确定CST-Polα-primase然后在可视化的结构复杂的移动部件。他们收集的数据威斯康辛大学麦迪逊分校低温电子显微镜研究中心(CEMRC),位于威斯康辛大学麦迪逊分校的生物化学,NCI-funded国家低温电子显微镜装置弗雷德里克国家实验室的癌症研究。

“我们从我们的生化试验开始的一个难题,但是一旦我们成像CST-pol-α-primase co-complex,看到其低温电子显微镜结构,一切立刻变得清晰。这对团队中的每个人都非常满意。除此之外,这个结构也提供的想法,我们现在可以设计实验来检验,“林Xiuhua说,实验室经理,这项新研究的作者之一。

这些想法中有更详细地捕捉CST-pol-α/引发酶是如何工作的。研究人员还想地图整个人类端粒复制过程,他们研究CST-pol-α/引发酶终止其活动一旦在端粒DNA复制。

“你不能真正研究汽车移动如何通过观察它的各个部分——你必须组装部件,观察他们如何一起工作。但生物分子机械经常有许多运动部件,很难研究,”Lim说。”这就是低温电子显微镜单粒子分析的能力和通用性。这种方法允许我们建立一个高分辨率原子模型提供了重要的见解如何移动,进而促进我们理解人类CST-Polα-primase是如何工作的。”

参考:他问,林X,查韦斯提单,Agrawal年代,Lusk提单,Lim CJ。人类的CST-Polα-primase复杂结构绑定到端粒模板。自然。2022:1-2。doi:10.1038 / s41586 - 022 - 05040 - 1

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